(57)【要約】  【課題】プラスチックや紙を原料としたプラスチックボトルや紙容器等の３次元中空容器の表面にマイクロ波プラズマＣＶＤコーティングを行うプラズマを使用した容器処理装置に関する。【解決手段】  プラズマ処理を行うための金属空洞筐体（１）の側面にマイクロ波を供給するための導波管（２）の導体面が接合されているプラズマを使用した容器処理装置であって、前記接合面に穿設された少なくとも２つ以上のスリットにより金属空洞筐体（１）と導波管（２）の電磁界エネルギーが結合する事を特徴とするプラズマを使用した容器処理装置である。【選択図】図１
2007204773.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラズマ処理を行うための金属空洞筐体（１）の側面にマイクロ波を供給するための導波管（２）の導体面が接合されているプラズマを使用した容器処理装置であって、前記接合面に穿設された少なくとも２つ以上のスリットにより金属空洞筐体（１）と導波管（２）の電磁界エネルギーが結合する事を特徴とするプラズマを使用した容器処理装置。
【請求項２】
前記導波管（２）の管軸方向とガス導入管（３）の中心軸が直交して導波管（２）の長辺が金属空洞筐体（１）と接合する場合、マイクロ波電源（８）の給電点（７）とスロット中心点までの距離はλをマイクロ波の波長、ｎを１以上の整数、αを±１０ｍｍとしたときに、１／２λ×ｎ＋αの位置となることを特徴とする、請求項１記載のプラズマを使用した容器処理装置。
【請求項３】
前記導波管（２）の管軸方向とガス導入管（３）の中心軸が互いに平行で導波管（２）の長辺が金属空洞筐体（１）と接合する場合、マイクロ波電源（８）の給電点（７）とスロット中心点までの距離は、λをマイクロ波の波長、ｎを１以上の整数、αを±１０ｍｍとしてときに、（２ｎ−１）λ／４＋αの位置となることを特徴とする、請求項１又は２記載のプラズマを使用した容器処理装置。
【請求項４】
金属空洞筐体（１）に配置されたスリットの中心点と隣り合うスリットの間隔がλをマイクロ波の波長、ｎを１以上の整数、αを±１０ｍｍとしたときに、１／２λ×ｎ＋αに配置されている事を特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項記載のプラズマを使用した容器処理装置。
【請求項５】
金属空洞筐体（１）の内部円筒空間中心軸上に導電性を有する材料からなるプロセスガス導入管（３）が電気的に接続された状態で配置され、ガス導入管（３）に半同軸モード（ＴＥＭモード）を励起するために内部円筒空間中心軸上に直交するようにスリットを配置したことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項記載のプラズマを使用した容器処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラスチックや紙を原料としたプラスチックボトルや紙容器等の３次元中空容器の表面にマイクロ波プラズマＣＶＤコーティングを行うプラズマを使用した容器処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガラス、金属、紙、プラスチック容器に代表される３次元中空容器は食品や医薬品など様々な分野で一般的に利用されている。特にプラスチック容器に関しては、軽量、低コストといったメリットを生かし広く用いられるようになってきている。
【０００３】
また、３次元中空容器には様々な機能が要求されているが、プラスチック容器に対しては内容物保護の面から炭酸ガスや酸素に対するバリア性を持たせる要求がなされている。
【０００４】
このため、プラスチック容器に所定の物質をコーティングする技術が開発されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
これらの技術は、金属中空胴体内部にプロセスガスを注入したプラスチック等の３次元容器を配置して金属中空胴体内に入力されたマイクロ波エネルギーにより発生したプラズマを利用して薄膜を成膜するものである。
【０００６】
以下に先行技術文献を示す。
【特許文献１】特表２００２−５０９８４５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記のプラズマを利用して薄膜を成膜する場合、マイクロ波エネルギーをプラズマ容器処理装置に如何に効率よく供給してプラズマを発生させることが重要となる。
【０００８】
また、コーティング対象容器を透過するようにマイクロ波エネルギーを供給する場合、コーティング対象容器が誘電体となり、マイクロ波エネルギーの反射や損失をおこす。
【０００９】
特にコーティング対象容器の一部分にマイクロ波エネルギーが集中した場合はコーティング膜品質のばらつきの原因となるだけでなく発熱による容器の変形といった問題が発生する。
【００１０】
この問題を解決する為にＴ分岐導波管等を使用してマイクロ波の分配を行った場合、分岐導波管のスペースが必要となるために装置が大型化するといった問題が発生する。
【００１１】
本発明は、このような従来技術の問題点を解決しようとするものであり、マイクロ波供給導波管に入力されたマイクロ波エネルギーが、金属空洞筐体と導波管の接合面に穿設された複数のスリットによりマイクロ波エネルギーを分配供給することにより、マイクロ波エネルギーの偏りや集中を防ぎコーティング層の厚みのばらつきや発熱による容器の変形を抑えることができるプラズマを使用した容器処理装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、上記の課題を解決するために成されたものであり、本発明の請求項１に係る
発明は、プラズマ処理を行うための金属空洞筐体（１）の側面にマイクロ波を供給するための導波管（２）の導体面が接合されているプラズマを使用した容器処理装置であって、前記接合面に穿設された少なくとも２つ以上のスリットにより金属空洞筐体（１）と導波管（２）の電磁界エネルギーが結合する事を特徴とするプラズマを使用した容器処理装置である。
本発明の請求項２に係る発明は、前記導波管（２）の管軸方向とガス導入管（３）の中心軸が直交して導波管（２）の長辺が金属空洞筐体（１）と接合する場合、マイクロ波電源（８）の給電点（７）とスロット中心点までの距離はλをマイクロ波の波長、ｎを１以上の整数、αを±１０ｍｍとしたときに、１／２λ×ｎ＋αの位置となることを特徴とする、請求項１記載のプラズマを使用した容器処理装置である。
【００１３】
本発明の請求項３に係る発明は前記導波管（２）の管軸方向とガス導入管（３）の中心軸が互いに平行で導波管（２）の長辺が金属空洞筐体（１）と接合する場合、マイクロ波電源（８）の給電点（７）とスロット中心点までの距離は、λをマイクロ波の波長、ｎを１以上の整数、αを±１０ｍｍとしてときに、（２ｎ−１）λ／４＋αの位置となることを特徴とする、請求項１又は２記載のプラズマを使用した容器処理装置である。
【００１４】
本発明の請求項４に係る発明は金属空洞筐体（１）に配置されたスリットの中心点と隣り合うスリットの間隔がλをマイクロ波の波長、ｎを１以上の整数、αを±１０ｍｍとしたときに、１／２λ×ｎ＋αに配置されている事を特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項記載のプラズマを使用した容器処理装置である。
【００１５】
本発明の請求項５に係る発明は金属空洞筐体（１）の内部円筒空間中心軸上に導電性を有する材料からなるプロセスガス導入管（３）が電気的に接続された状態で配置され、ガス導入管（３）に半同軸モード（ＴＥＭモード）を励起するために内部円筒空間中心軸上に直交するようにスリットを配置したことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項記載のプラズマを使用した容器処理装置である。
【発明の効果】
【００１６】
本発明のプラズマを使用した容器処理装置はマイクロ波エネルギーをスリットにより分配供給することにより、マイクロ波エネルギーの偏りや集中を防ぎコーティング層の厚みのばらつきや発熱による容器の変形を抑えることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明のプラズマを使用した容器処理装置を実施の形態に沿って以下に図面を参照にしながら詳細に説明する。
【００１８】
図１は本発明のプラズマを使用した容器処理装置の一実施例の部分断面の概略を示す正面概略図である。また、図２は図１の平面の概略を示す平面概略図である。
【００１９】
さらに、図３は本発明のプラズマを使用した容器処理装置の他の一実施例の部分断面の概略を示す正面概略図である。そして、図４は図３の平面の概略を示す平面概略図である。
【００２０】
本発明のプラズマを使用した容器処理装置は図１〜４に示すように金属空洞筐体（１）と導波管（２）とマイクロ波電源（８）等から構成されている。そして、金属空洞筐体（１）と導波管（２）の接合面に少なくとも２つ以上のスリット（４）が穿設されている。
【００２１】
また、本発明のプラズマを使用した容器処理装置でプラズマ処理を行う容器はプラスチック等の３次元中空容器を対象としている。そして、ここではポリエチレンテレフタレー
ト等のポリエステル材料を原料とした容量が５００ｍｌ、平均肉厚０．５ｍｍのＰＥＴボトル容器（５）を対象にプラズマ化学蒸着法（ＰＥＣＶＤ法）により容器内面に薄膜を成膜した一実施例を以下に説明するが本発明はこれらに限定される訳ではない。
【００２２】
図１〜４に示すように金属空洞筐体（１）の内部円筒空間中心軸上に導電性を有する材料で構成されたプロセスガス導入管（３）が金属メッシュ（９）を通して設けられている。そして、電気的に接続されている。
【００２３】
また、金属空洞筐体（１）内部の円筒空間の内径は同軸高次モードを発生しない１２０ｍｍ以下でありコーティング対象容器であるＰＥＴボトル等（５）を容易に出し入することが可能な９０〜１１０ｍｍの範囲が好ましい。
【００２４】
そして、同様に円筒空間の高さは容器を入れるに十分な１５０〜２５０ｍｍ程度の範囲が好ましい。
【００２５】
また、ガス導入管（３）の長さはプロセスガスがＰＥＴボトル等（５）の内部に均一に供給を行うために容器底面とガス導入管（３）の先端部分の間隙が５〜３０ｍｍの範囲の値となることが望ましい。
【００２６】
そして、コーティング対象容器をプラズマ処理が可能な減圧環境に保つために容器周囲を取り囲むようにフッ素樹脂、石英ガラス等のマイクロ波を透過することが可能な誘電体材で構成されたプラズマ処理チャンバー（６）が金属空洞筐体（１）内部に設けられている。
【００２７】
また、プラズマ処理を行う際には、ガス導入管（３）を固定している金属メッシュ（９）の穴から気体が排出される事により処理チャンバー（６）内部はプラズマ発生に最適な減圧環境に保たれる。
【００２８】
次に、金属空洞筐体（１）側面と導波管（２）長辺の導体面を接合する際の位置関係について説明する。ガス導入管（３）の中心軸と導波管（２）の管軸方向のスリット（４）を穿設する部分の組み合わせは以下の２通りとなる。
【００２９】
（１）  お互いの軸方向が直交するように接合した場合（図１及び図２に示す）。
【００３０】
（２）  お互いの軸方向が平行となるように接合した場合（図３及び図４に示す）。
【００３１】
図１及び図２に示すように軸方向が直交するように接合した場合、マイクロ波給電点（７）とスリット（４）の中心点までの距離はλをマイクロ波の波長、ｎを１以上の整数、αを±１０ｍｍとしたときに、１／２λ×ｎ＋αの位置となることが望ましい。そして、上記の位置でマイクロ波が最も効率よく金属空洞筐体（１）内に放射される。
【００３２】
また、図３及び図４に示すように軸方向が平行となるように接合した場合、マイクロ波給電点（７）とスリット（４）の中心点までの距離はλをマイクロ波の波長、ｎを１以上の整数、αを±１０ｍｍとしたときに、（２ｎ−１）λ／４＋αの位置となることが望ましい。そして、上記の位置でマイクロ波が最も効率よく金属空洞筐体（１）内に放射される。
【００３３】
また、金属空洞筐体（１）と導波管（２）の接合部に穿設されるスリット（４）はガス導入管（３）に半同軸モード（ＴＥＭモード）を励起するために内部円筒空間中心軸上に直交するように配置される。
【００３４】
そして、その際、スリット（４）の長さ及び間隙はスロットが共振を起す長さ１／２λを中心に±３０ｍｍ間隙、２〜１５ｍｍの範囲が望ましい。
【００３５】
また、薄膜形成を行うための原料ガスは、主ガスとしてヘキサ・メチル・ジ・シロキサン（以下ＨＭＤＳＯと記載）、または、テトラ・メチル・ジ・シロキサン等を用いることが可能であり。そして、サブガスとして酸素、窒素といったものが用いられる。
【００３６】
これらの原料ガスはガス導入管（３）側面及び天面に空けられた穴からコーティング対象容器であるＰＥＴボトル（３）内部に供給される。そして、前記ガスを使用して形成される薄膜は、いわゆるセラミック層ＳｉＯｘＣｙ（ｘ＝１〜２．２／ｙ＝０．３〜３）を主成分とするものである。
【００３７】
次に、本発明のプラズマを使用した容器処理装置の成膜プロセスについて以下に説明する。まず、本発明のプラズマを使用した容器処理装置の金属空洞筐体（１）内の処理チャンバー（６）内部にＰＥＴボトル等（５）をセットする。そして、処理チャンバー（６）内部を１．３３３Ｐａ（パスカル）まで、図には示していないが真空装置で吸引して減圧環境を保つ。
【００３８】
次にＰＥＴボトル等（５）の容器内面にバリア性の薄膜コーティングを行うための原料ガスＨＭＤＳＯを流量１０ｍｌ／分、酸素の流量を５０ｍｌ／分で注入してＰＥＴボトル等（５）内の真空度を１３．３３Ｐａの真空圧力に調整する。そして、この状態で、マイクロ波電源（８）によりマイクロ波エネルギーを約５秒間に渡り供給する。
【００３９】
このとき、電源から供給されるマイクロ波の周波数は２．４５ＧＨｚ、電力２００〜４００Ｗの値に設定される。そして、導波管（２）に入力されたマイクロ波エネルギーはスリット（４）を通して金属空洞筐体（１）内部に供給されチャンバー（６）内部の原料ガスにプラズマを発生させ薄膜を形成する。
【００４０】
以上の条件でＰＣＤＶ法によりＰＥＴボトル等（５）の内面に薄膜を成膜したＰＥＴボトル等（５）はマイクロ波による容器の熱変形は認められなかった。そして、酸素バリア値は０．９２〜１．２９（ｆｍｏｌ／ｍ2／ｓ／ｐａ）を示した。
【産業上の利用可能性】
【００４１】
本発明のプラズマを使用した容器処理装置はプラスチックボトルや紙容器等の３次元中空容器を熱変形することなく表面にマイクロ波プラズマＣＶＤコーティングできる容器処理装置として優れていることはもとより、酸素バリア性が要求される精密分野の精密部材、あるいは医療分野での医療部材など広い分野にも使用できる素晴らしい発明である。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明のプラズマを使用した容器処理装置の一実施例の部分断面の概略を示す正面概略図である。
【図２】図１の平面の概略を示す平面概略図である。
【図３】本発明のプラズマを使用した容器処理装置の他の一実施例の部分断面の概略を示す正面概略図である。
【図４】図３の平面の概略を示す平面概略図である。
【符号の説明】
【００４３】
１・・・金属空洞筐体
２・・・導波管
３・・・ガス導入管
４・・・スリット
５・・・ＰＥＴボトル等
６・・・処理チャンバー
７・・・給電点
８・・・マイクロ波電源
９・・・金属メッシュ
【図１】
2007204773.tif 000003
【図２】
2007204773.tif 000004
【図３】
2007204773.tif 000005
【図４】
2007204773.tif 000006